5G NR室分共享覆盖解决方案研讨

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　　【摘  要】5G网络工作频段分配越来越高，导致室外覆盖室内深度覆盖不足，传统室分存量DAS支持的频段最高到2.7 GHz，为兼顾性能合理利用建设成本，利旧原有网络中已经部署的室分天馈线及设备，分析了高频导致室内深度覆盖不足的特点，根据传统室分网络的现状，以5G业务价值判断需求为场景划分，结合网络中各需求场景室内分布系统的建设特点，利用多样化方案应对差异化需求，多种建设方案并存的理念，给出了面向5G频段室分系统共享覆盖的网络建设思路。
　　【关键词】5G网络;5G频段分配;5G室分共享覆盖;数字化室分系统;无源室分系统
　　The allocation of the working frequency for 5G networks gets higher， and leads to insufficient outdoor coverage and indoor coverage depth. Traditional indoor existing DAS supports up to 2.7 GHz frequency band. In order to jointly consider the performance and rational use of construction costs， the existing indoor distributed antennas and equipment in the old network are used to analyze the insufficient indoor coverage characteristics of high frequency. According to the current status of the traditional indoor distribution network， the scenarios are divided by the demands of 5G service value judgements. Combining the construction characteristics of the indoor distribution system for various demand scenarios in the network， the network construction ideas for shared coverage of 5G frequency indoor sub-systems are given using the concepts of differentiated service-oriented and multiple coexisting construction solutions.
　　5G network; 5G frequency band distribution; 5G indoor sharing coverage; digital indoor system; passive indoor system
　　0   引言
　　中國有着庞大的用户和市场需求，在推进新兴产业或技术具有较大优势。依据GSMA发布的《中国移动经济发展报告2020》预测，预计到2025年中国5G用户的渗透率将增加至50%，与韩国、日本和美国等其他主要5G市场相当。预计2020至2025年间，中国运营商基于移动业务的资本支出将达到1 800亿美元，其中大约90%将被用于5G网络建设，5G室分建设则占5G网络投资的30%～40%。对于5G的商用化进程而言，室内是主要应用的场景之一。随着无线网继承式代际演进，5G业务种类持续增多和行业边界不断扩张，而5G则是以超大带宽、超低延时和超强连接能力，赋能全行业数字化，有力推动AR/VR服务、4K/8K超高清视频、高速云办公、低延时游戏、室内定位服务、万物互联等应用的新无线网络技术。在过去的4G移动网络中超过70%的应用发生在室内场景，针对5G的特性中物与物的大范围连接促使室内场景中会为到来的丰富应用提供强有力的网络支持能力。
　　1    5G NR频段范围及分配
　　（1）工信部确定的国内电信运营商5G中低频段试验频率分配如下：
　　1）中国电信获得3 400 MHz—3 500 MHz：共100 MHz带宽;
　　2）中国联通获得3 500 MHz—3 600 MHz：共100 MHz带宽;
　　3）中国电信和中国联通共同获得室内共享频段3 300 MHz—3 400 MHz：共100 MHz带宽;
　　4）中国移动获得2 515 MHz—2 675 MHz：共160 MHz带宽，4 800 MHz—4 900 MHz：共100 MHz带宽。
　　其中，中国移动2 515 MHz—2 575 MHz、2 635 MHz—2 675 MHz和4 800 MHz—4 900 MHz频段为新增频段，2 575 MHz—2 635 MHz频段为重耕现有TD-LTE频段（60 M带宽）。
　　（2）在5G频段分配中有首次创新举措，即是将一段频段同时给两家电信企业共同使用，通过共建共享5G室分系统达到降本增效，提高服务水平，增强企业竞争力。
　　2   5G高频导致室内深度覆盖不足
　　首先，无线电波特性指出频谱越高，其绕射能力就越差，同样覆盖能力也就越弱，尤其是在室内环境中更是如此。无线空间传播的路径损耗一般是频段越高，随着距离的越大，其路径损耗也同样会递增。根据SPM（标准传播模型）传播模型通过参数调整可以应用于不同频段的传播预测。
　　依据图1可以看出，电波在4.9 GHz频段的传播损耗较大，相比1.8 GHz频段，其传播损耗大13 dB左右。其他频段的传播损耗也同样比1.8 GHz有所差异。因此，3.5 GHz频段或4.9 GHz频段相对于1.8 GHz频段亦或者更低频段来说，室外覆盖室内环境更加困难。进一步考虑到建筑物内部各种阻隔阻挡，高频段覆盖室内深处时的效果将会更差。 　　其次，5G频段与4G频段在无线空间传播的路径损耗有着明显差异的前提下，室内隔断体根据原材料质地和厚度的不同，不同建筑物外立面由玻璃和墙体组成，再加上不同电磁波频率的影响，其穿透损耗也会不同，3GPP对建筑物不同材料穿透损耗的理论公式如表1所示，可以计算出各频段间的损耗差异（L：穿透损耗（dB），f：频率（GHz））。
　　依据上表可以算出，穿透损耗相对较大的混凝土在3.5 GHz和1.8 GHz的穿透损耗值分别为19 dB和12.2 dB，两者之间相差6.8 dB，故此同样材质下不同频段对应的穿损差异很大。
　　3   传统室分网络的现状分析
　　国内楼宇中传统室分系统在2G网络建设期出现，主要是为了解决室内信号弱覆盖问题，其支持5G高频困难，施工不方便，且很难推进4T4R室内网络演进，影响客户体验。传统室分系统存在以下典型问题无法有效向5G网络平滑演进。
　　（1）高频覆盖：C-band和Sub 3G相比，链路损耗更大互调干扰更加复杂，导致需要增加C-band信源以满足同覆盖要求。
　　（2）更换器件及利旧：传统室分系统中的器件如天线、合路器、功分器、耦合器、支路馈线等还不支持5G或更换成本过高，更换难度很大。
　　（3）4T4R MIMO网络建设：需要部署多套无源天馈系统，工程实施困难且对客户影响大，而在网络上导致链路不平衡引发性能问题。
　　当前国内存量室分网络系统有很高比例依旧是DAS，若演进5G NR室分网络面临着非常严峻的挑战。
　　4   5G NR室分网络建设思路
　　4.1  多样化方案应对差异化需求，多种建设方案并存
　　建设室分网络主要解决的问题，是为室内环境中的用户保障其良好的无线接入环境及信号质量。在此基础上通常按照容量型场景和覆盖型场景建设进行划分，促使利用多样化方案应对差异化需求，多种建设方案并存。
　　5G室分的场景需求分析如下。
　　热点容量场景（高 价值场景）：如宾馆酒店、大型商场、高校校园、大中型医院、大中型写字楼和交通枢纽等，建议优先采用有源数字化室分系统建设，根据业务容量需求采用双流或者四流建设。这里需要提到，建议对于高峰期人流量较大的场景（如机场候机厅、高铁车站、地铁站台站厅等），需要结合容量进行规划远端单元的布放颗粒度，在现场测试的信号边缘场强值基础上，合理减小远端单元的布放间距，使其保障人流量高峰期大容量的需求。
　　一般覆盖场景（中低价值场景）：如商务写字楼、大型场馆、隧道、酒店、政府机关等，考虑投资效益、网络投诉、竞争优势，建议仍采用传统室分建设，如居民区采用楼间对打覆盖。
　　4.2  有源数字化室分系统的优势
　　完成5G室分系统多路收发的MIMO需求，可以灵活采用有源数字化产品建设。其优点为网络架构简单，无需链路预算，相对于无源DAS系统，解决了上行底噪抬升的问题，方便调整室内覆盖的小区合并或分裂，容易控制容量，保障移动用户室内外体验一致性，方便实现室内外网络协调，与宏网共网管运维可视化，支持多流传输等。
　　数字化室分系统如图2所示，基于微站可以构建室内覆盖网络的三级架构，即基带处理单元、HUB数据汇聚单元、远端单元pRRU，皆为有源产品利用光电复合缆线或超六类网线进行传输，可以通过在BBU中增加5G基带板，在远端单元pRRU中增加5G射频模块或级联5G pRRU，抑或直接替换C-Band和Sub3G集成的头端方式，从而实现平滑升级到5G，保障工程实施落地。
　　4.3  5G NR室分覆盖多家共享方式
　　（1）已建设覆盖场景
　　1）三家已覆盖网络部署方案
　　针对已建成的室分网络中叠加进新的一套5G共享数字化室分系统，同时满足三家电信企业对5G的覆盖需求且灵活部署;而对于支持2.6 GHz的移动原有室分，可根据现场情况分层分区直接更换POI或合路器，实现5G网络建设的高效部署且成本节约。
　　2）有源室分共享建设方案
　　已建成的有源室分网络中，另有两家电信企业未实现4G覆盖的，根据其覆盖需求可采用4G和5G双模設备共享叠加原室分系统。
　　3）无源室分低成本方案
　　根据以往时间中集采情况，2015年以前建设使用的无源器件使用频率在800 MHz—2 500 MHz，所以不建议对2015年以前建成的原有无源室分进行改造。2015年以后建成的移动独立无源室分，通过更换2.6 GHz合路器的方式接入现有系统实现5G覆盖。另外需提出在上联BBU配置上，有源室分无法与无源室分共基带板。
　　2015年以后已经建成的三家共享室分系统，需原方案评估及测试仿真，对已覆盖系统间的干扰影响判断后再考虑更换POI接入原有室分。
　　（2）新建设覆盖场景
　　综合考虑室分场景、建设需求，采用新建室分系统共享方案或无源共享方案。
　　1）新建室分系统共享方案
　　根据差异化需求，建议新建一套4G和5G共享的有源数字化室分，满足电信企业同步覆盖的需要。对电信企业仍有2G和3G覆盖需求的场景特点，在合理选择频率的基础上，可采用新建无源室分系统，同时叠加进一套5G共享数字化室分系统的建设方式。
　　2）无源室分共享方案
　　在三家电信企业新建2G/3G/4G分布系统基础上分别接入3.5 G（中国电信、中国联通）、2.6 G（中国移动）NR信源，采用POI产品直接接入或者POI产品，结合广角漏缆部署的方式实现5G室分共建共享，重点关注分布系统整体互调指标，此外无源器件均支持800 MHz—3 600 MHz，可实现存量无源室分系统直接平滑升级5G。
　　这里具体提到一下POI产品结合广角漏缆部署的方式：广角漏缆与传统分布结合，沿走廊位置布放双路广角漏缆+末端天线补充覆盖。
　　适用场景：空间较空旷，没有建筑物遮挡;漏缆挂高大于2.5 m;如：地下停车场、商务楼宇办公区、地铁等。
　　不建议场景：隔断多，单边隔断超过2层;隔断材质穿透损耗大于20 dB;漏缆挂高要求低于2.5 m，距漏缆单边距离大于10 m。
　　漏缆水平方向测算公式：漏缆水平长度=（RRU输出功率-漏缆耦合损耗-边缘场强）/漏缆百米损耗×100。
　　5   结束语
　　综上所述，本文针对三家电信运营商已经获取的5G频段的划分进行了介绍，同时对高频用于5G NR室内覆盖时的传播和穿透损耗进行了分析和比较，在对传统室内分布系统提出了现状的主要问题，对于室内的5G移动网络建设，其商用频段更高，难以通过室外宏站进行室内深度覆盖，则需要在室内环境建设5G室分移动网络，方能在室内场景提供可靠及优质的5G应用业务。随着技术演进和垂直应用的发展，5G占比将不断提高，在场景投资价值差异显性，在多样化的业务背景下室内用户的不同需求量，5G室分建设需面向不同价值场景提供差异化方案以及建设方式，充分挖掘有限资源确保二次改造工程量最低，保障工程可实施落地。通过应用数字化室分易于向5G平滑演进，利用有源数字化室分合理搭配无源室分进行共享建设投资收益更优，在建设和维护方面会更加节省电信企业的5G成本。与此同时，希望能够借助以上分析和研究，在行业各界引起对5G室分系统建设中无源室分产品扩展支持到3.6 GHz频段高性能器件的完善以及数字化室分双模产品的研发推出。
　　参考文献：
　　[1]    黄海晖，刘大洋. 5G时代室内覆盖解决方案综述[J]. 移动通信， 2019，43（6）： 42-46.
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